Qual é a resistência ideal para um valor de resistor de base 2N3904 ao usar a lógica RTL?

Eu tenho uma tonelada de transistores 2N3904 e gostaria de usá-los no meu projeto de lógica RTL. Com base no que pude descobrir na web e nas partes que eu tinha, consegui que as portas lógicas funcionassem muito bem com os seguintes valores:

esquemático

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Embora isso funcione bem, estou um pouco preocupado com o que li na folha de dados do 2N3904. Ele afirma que a tensão de saturação do emissor base tem as seguintes especificações:

Ic = 10mA Ib = 1,0mA Ic = 50mA Ib = 5,0mA

Estou tendo dificuldade para entender o que isso significa exatamente. Se você calcular a corrente para a entrada de base com a Lei de Ohm, obtemos I = 5/10000 = 0,0005. Estou correto de que isso é 5mA? Substituí o R2 por um resistor de 5K e ele mudou da mesma forma, que seria 0,001 ou 10mA.

Como eu disse, está funcionando no momento. Eu só quero ter certeza de comprar os resistores certos para o trabalho. Eu sei que o objetivo é que o transistor seja totalmente saturado, mas não sei se é assim que isso é feito ou não.

Obrigado,

transistors digital-logic rtl

— JohnnyStarr
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um miliAmp não seria 1 / 1000A ou 1e-3A? Nesse caso, não é 10mA como você escreveu, mas 1mA. e também não é 5mA, mas 0,5mA ou 500uA. aceita?

— Cristiano

Todo transistor possui um ganho de corrente, geralmente $\beta$ ou $h_{fe}$ na folha de dados. Os valores típicos são da ordem de 100. Quando o transistor não está saturado, a corrente base e a corrente do coletor são relacionadas por este fator:

{Eu}_{c} = h_{f e} {Eu}_{b}

$I_c = h_{fe} I_b$

Quando a corrente base aumenta até o ponto em que a corrente do coletor não pode mais aumentar, diz-se que o transistor está saturado . A corrente do coletor não pode mais aumentar porque não pode permitir mais corrente - a corrente é totalmente limitada por R1 no seu diagrama e a tensão do emissor para o coletor é no mínimo.

Quando projetamos a lógica digital, não queremos apenas saturar os transistores. Queremos saturá-los muito. Isso fornece uma margem extra contra variações de $h_{fe}$ , e também leva em consideração que, para frequências mais altas (necessárias para transições altas / baixas rápidas), $h_{fe}$ é efetivamente reduzido.

Regra geral: na lógica digital, projete para uma corrente de coletor 15 vezes maior que a corrente de base.

Então, aqui, você selecionou um resistor de coletor de 1kΩ. Na saturação, a tensão do emissor-coletor é muito menor que a tensão de alimentação, para que possamos estimar a corrente do coletor como:

{Eu}_{c} = \frac{5 V}{1 k Ω} = 5 m UMA

$I_c = \frac{5\mathrm V}{1\mathrm k\Omega} = 5\mathrm{mA}$

Queremos que a corrente de base seja 1/15 da (0,33mA) e a tensão no resistor de base será a tensão de alimentação, menos cerca de 0,65V da junção base-emissor do Q1. Assim:

R_{2} = \frac{5 V - 0,65 V}{0,33 m UMA} = 13 k Ω

$R_2 = \frac{5\mathrm V - 0.65 \mathrm V}{0.33\mathrm{mA}} = 13 \mathrm k \Omega$

Sua seleção de 10kΩ está próxima o suficiente.

Você também pode dimensionar os valores do resistor, mantendo a proporção da base para a corrente do coletor, mas reduzindo a corrente geral. Isso reduz o consumo de energia, mas também reduz a velocidade lógica, pois as correntes menores são capazes de carregar as capacitâncias parasitas menos rapidamente. Essa é uma compensação entre desempenho e consumo de energia que você faz como engenheiro.

— Phil Frost
fonte

Portanto, a capacidade de saturar completamente o transistor se baseia mais na razão das correntes coletor / base do que os valores reais do transistor? Em outras palavras, eu provavelmente poderia usar vários tipos de transistores com uma proporção de 1K (coletor) 13K (base)?

— JohnnyStarr

Como essa abordagem garante que o transistor ficará saturado se você estiver projetando apenas para um ganho de 15?

— 214142 Sherrellbc

@sherrellbc porque o ganho de qualquer transistor que você provavelmente usará terá um ganho de muito mais do que 15. #

— Phil Frost

@JohnnyStarr depende do ganho do transistor, mas um BJT típico, de uso geral e de pequeno sinal (como 2N3904, BC547, 2N2222, etc.) terá um ganho atual da ordem de 100. Na verdade, varia de acordo com uma ampla margem, mesmo entre as amostras do mesmo número de peça; portanto, a abordagem é antecipar um ganho que certamente é menor do que o ganho que você obterá, para que você nem se depare com um problema em que sua lógica não sature o transistor .

— Phil Frost)

Então, como o ganho é provavelmente muito maior, você esperaria que o transistor saturasse muito mais cedo do que com uma corrente de base de 330uA? A ideia parece sólida, mas essa corrente básica parece realmente pequena. Se assumirmos que o transistor pode saturar na corrente de coletor de 1mA, uma estimativa aproximada seria apenas a corrente de base associada a 10uA (~ ganho de 100)? E como estamos projetando uma corrente de base de 330uA, a saturação é garantida.

— 214142 Sherrellbc